RU2233188C1

RU2233188C1 - Breathing apparatus

Info

Publication number: RU2233188C1
Application number: RU2002125528/12A
Authority: RU
Inventors: Владимир Федотович Русинов (LT); Владимир Федотович Русинов; Ю.П. Быстров (RU); Ю.П. Быстров
Original assignee: Владимир Федотович Русинов; Быстров Юрий Петрович
Priority date: 2002-09-25
Filing date: 2002-09-25
Publication date: 2004-07-27

Abstract

FIELD: equipment for keeping person's life in unsuitable for breathing environment.

SUBSTANCE: breathing apparatus comprises cylinder with compressed air, shut-off valve, pressure reducer, breathing mask with expired valve and hose, elastic shell changing its volume accordingly with inspiration-expiration cycle. Pressure reducer may regulate air flow upon demands of endogenously breathing person.

EFFECT: extended operational capabilities.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для поддержания жизни человека в непригодной для дыхания газовой среде или в воде, в частности к автономным изолирующим противогазам или аквалангам с источниками кислорода в виде баллонов со сжатым воздухом.The invention relates to devices for maintaining a person’s life in a breathless gas or water environment, in particular to stand-alone insulating gas masks or scuba gear with oxygen sources in the form of compressed air cylinders.

Весьма близким аналогом изобретения является спасательное дыхательное устройство, содержащее последовательно соединенные баллон со сжатым воздухом, редуктор давления и защитную маску, выполненную из мягкого прозрачного огнезащитного материала с мягким, эластичным, негерметичным уплотнением вокруг шейного отверстия (RU 2124375 C1, 10.01.1999). Особенностью его является рассчитываемый заранее постоянный ток воздуха через редуктор и продув подмасочного пространства с выходом через уплотнение вокруг шейного отверстия при некотором избыточном (относительно атмосферного) давлении, что в совокупности с эластичностью маски обеспечивает возможность свободного дыхания.A very close analogue of the invention is a rescue breathing device containing a series-connected container with compressed air, a pressure reducer and a protective mask made of a soft transparent fire-retardant material with a soft, elastic, leaky seal around the neck opening (RU 2124375 C1, 01/10/1999). Its peculiarity is the constant constant air flow calculated in advance through the gearbox and blowing of the under-mask space with the outlet through the seal around the cervical opening at some excess (relative to atmospheric) pressure, which, together with the elasticity of the mask, allows free breathing.

Достоинством этого устройства является простота конструкции, а недостатком - повышенный расход воздуха и относительно малое время защитного действия, что обусловлено использованием воздуха не только для дыхания, но и для “изоляции” подмасочного пространства от атмосферного.The advantage of this device is the simplicity of the design, and the disadvantage is the increased air flow and a relatively short time of protective action, which is due to the use of air not only for breathing, but also for “isolating” the mask space from atmospheric.

Дыхательный аппарат (ДА), принимаемый за прототип к изобретению, содержит баллон со сжатым воздухом, редуктор давления, легочный автомат и дыхательную маску с клапаном выдоха (RU 2036673 C1, 09.06.1995). Редуктор имеет входную/выходную полости высокого/среднего давления, а между ними - элементы, обеспечивающие порционную подачу воздуха для дыхания в фазах вдоха (управляемый клапан с седлом, поршнем, пружиной, регулировочной гайкой и пр.). Входная полость редуктора через запорный вентиль соединена с баллоном, а выходная через шланг - с входной полостью легочного автомата. Последний содержит также выходную полость, смежную с входной, соединенную с полостью маски; легочный автомат закреплен непосредственно на маске. Стенка, разделяющая входную и выходную полости легочного автомата, снабжена клапаном, управляемым через толкатель подвижной мембраной, отделяющей выходную полость легочного автомата от окружающей среды.The breathing apparatus (YES), taken as a prototype of the invention, contains a can of compressed air, a pressure reducer, a lung machine and a breathing mask with an exhalation valve (RU 2036673 C1, 06/09/1995). The reducer has inlet / outlet cavities of high / medium pressure, and between them there are elements that provide a portioned supply of air for breathing in the phases of inspiration (controlled valve with seat, piston, spring, adjusting nut, etc.). The inlet cavity of the gearbox is connected to the cylinder through the shut-off valve, and the outlet through the hose to the inlet cavity of the pulmonary machine. The latter also contains an outlet cavity adjacent to the inlet connected to the mask cavity; the pulmonary machine is mounted directly on the mask. The wall separating the inlet and outlet cavities of the pulmonary automaton is equipped with a valve controlled via a pusher with a movable membrane separating the outlet cavity of the pulmonary automaton from the environment.

Работает ДА следующим образом.Works YES as follows.

При открытии запорного вентиля воздух из баллона со сжатым воздухом поступает во входную полость редуктора, откуда передается в выходную ее полость до тех пор, пока давление в ней не сравняется с установочным (заданным пружиной поршня с регулировочной гайкой) и клапан не закроется. Клапан между входной и выходной полостями легочного автомата при этом закрыт. В фазе вдоха давление в полости маски и выходной полости легочного автомата уменьшается до величины ниже давления окружающей среды и мембрана перемещается, воздействуя через толкатель на клапан между входной и выходной полостями легочного автомата. Клапан этот открывается и воздух из входной полости легочного автомата поступает в выходную полость, в маску и далее - в легкие человека. Давление в выходной полости редуктора при этом уменьшается, становясь ниже установочного; поршень редуктора приходит в движение и держит связанный с ним клапан открытым до тех пор, пока давление в выходной полости вновь не сравняется с установочным. В фазе выдоха выдыхаемый газ через клапан выдоха поступает в окружающую среду. При этом в маске и в выходной полости легочного автомата создается давление, превышающее давление окружающей среды, мембрана между выходной полостью легочного автомата и окружающей средой возвращается в исходное положение и клапан между входной и выходной полостями легочного автомата закрывается. В последующих циклах “вдох-выдох” изложенный порядок действий ДА повторяется.When the shut-off valve is opened, air from a cylinder with compressed air enters the inlet cavity of the gearbox, from where it is transferred to its outlet cavity until the pressure in it is equal to the set pressure (given by the piston spring with the adjusting nut) and the valve closes. The valve between the inlet and outlet cavities of the pulmonary automaton is closed. In the inspiratory phase, the pressure in the mask cavity and the outlet cavity of the pulmonary automaton decreases to a value below the ambient pressure and the membrane moves, acting through the pusher on the valve between the inlet and outlet cavities of the pulmonary automaton. This valve opens and air from the inlet cavity of the pulmonary automaton enters the outlet cavity, into the mask, and then into the human lungs. The pressure in the outlet cavity of the gearbox decreases, becoming lower than the installation pressure; the piston of the gearbox moves and keeps the valve connected with it open until the pressure in the outlet cavity is again equal to the set pressure. In the expiratory phase, the exhaled gas through the exhalation valve enters the environment. In this case, a pressure higher than the ambient pressure is created in the mask and in the outlet cavity of the pulmonary automaton, the membrane between the outlet cavity of the pulmonary automaton and the environment returns to its original position and the valve between the inlet and outlet cavities of the pulmonary automaton closes. In subsequent “inhale-exhale” cycles, the described YES procedure is repeated.

Достоинством ДА-прототипа является большое время защитного действия, а недостатком - сложность конструкции (в частности, редуктора и легочного автомата), а также большой вес и габариты баллона со сжатым воздухом.The advantage of the DA prototype is the long time of the protective action, and the disadvantage is the complexity of the design (in particular, the gearbox and pulmonary machine), as well as the large weight and dimensions of the compressed air cylinder.

Задачей изобретения является создание ДА с улучшенными по сравнению с прототипом эксплуатационными характеристиками.The objective of the invention is the creation of DA with improved performance compared with the prototype.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в упрощении конструкции редуктора давления и легочного автомата, а также либо в существенном (предположительно многократном) уменьшении веса и габаритов баллона со сжатым воздухом при прежнем времени Т защитного действия, либо - при сохранении веса и габаритов баллона в соответствующем увеличении времени Т.The technical result achieved when using the invention is to simplify the design of the pressure reducer and pulmonary machine, as well as either a significant (presumably multiple) reduction in the weight and dimensions of the compressed air cylinder at the same time T of protective action, or - while maintaining the weight and dimensions of the cylinder in the corresponding increase in time T.

Указанный технический результат достигается тем, что дыхательный аппарат, содержащий соединенные последовательно баллон со сжатым воздухом, запорный вентиль, редуктор давления, дыхательную маску с клапаном выдоха и шланг, согласно изобретению, дополнительно содержит эластичную оболочку с возможностью в циклах “вдох - выдох” изменения объема, а редуктор давления выполнен с возможностью регулирования тока воздуха в соответствии с потребностью эндогенно-дышащего человека.The specified technical result is achieved by the fact that the breathing apparatus comprising a cylinder connected in series with compressed air, a shut-off valve, a pressure reducer, a breathing mask with an exhalation valve and a hose, according to the invention, further comprises an elastic shell with the possibility of changing the volume in “inhale-exhale” cycles and the pressure reducer is configured to control the air flow in accordance with the need of an endogenously breathing person.

Маска и эластичная оболочка, выполненная в виде сильфона, конструктивно объединены, а регулятор тока воздуха выполнен в виде пневматического дросселя.The mask and the elastic shell, made in the form of a bellows, are structurally combined, and the air current regulator is made in the form of a pneumatic throttle.

Отметим, что эндогенным называется дыхание с пониженным потреблением кислорода атмосферного воздуха за счет развития механизма выработки молекул кислорода непосредственно в легких человека. К такому же типу дыхания можно отнести дыхание в среде выдыхаемого газа с малой “подпиткой” атмосферным воздухом, т.е. в среде с относительно малой концентрацией кислорода и высокой - углекислого газа. Эндогенное дыхание и дыхательная тренировка для его развития известным способом являются весьма эффективными способами оздоровления людей (В.Ф. Фролов. Эндогенное дыхание - медицина третьего тысячилетия. - Изд. ООО “Динамика”, г. Новосибирск, 2001; RU 2123865 C1, 27.12.1998), поскольку “пробуждают” в организме человека механизм выработки молекул кислорода самими клетками этого организма подобно тому, как это происходит, по-видимому, в организмах китов и дельфинов, способных длительное время находиться под водой. Доказано, например, в RU 2123865, что после нескольких месяцев ежедневных кратковременных тренировок для развития эндогенного дыхания потребление кислорода атмосферного воздуха у людей в состоянии покоя уменьшается до 10-15% от средней нормы потребления нетренированного организма, а при умеренной ходьбе - до 7-10%. Таким образом, кажущееся на первый взгляд абсурдным предложение о создании дыхательного аппарата с дыханием выдыхаемым газом при малой “подпитке” атмосферным воздухом или газообразным кислородом имеет фундаментальное научное и практическое обоснование.Note that respiration with reduced oxygen consumption of atmospheric air is called endogenous due to the development of a mechanism for the production of oxygen molecules directly in the human lungs. The breathing in the exhaled gas medium with a small “recharge” of atmospheric air can be attributed to the same type of breathing. in a medium with a relatively low concentration of oxygen and a high concentration of carbon dioxide. Endogenous breathing and respiratory training for its development in a known manner are very effective ways of healing people (V.F. Frolov. Endogenous breathing - medicine of the third millennium. - Publishing house LLC “Dynamics”, Novosibirsk, 2001; RU 2123865 C1, 27.12. 1998), since they “awaken” in the human body the mechanism of production of oxygen molecules by the cells of this organism itself, similar to how it seems to occur in the organisms of whales and dolphins, which can be under water for a long time. It is proved, for example, in RU 2123865 that after several months of daily short-term training for the development of endogenous respiration, the oxygen consumption of atmospheric air in people at rest decreases to 10-15% of the average consumption rate of an untrained body, and when walking moderate, to 7-10 % Thus, the seemingly absurd proposal to create a breathing apparatus with breathing exhaled gas with little “recharge” of atmospheric air or gaseous oxygen has a fundamental scientific and practical justification.

Суть изобретения рассмотрим на примере ДА по прилагаемому чертежу, где обозначено: 1 - баллон со сжатым воздухом; 2 - запорный вентиль; 3 - редуктор давления с пневматическим дросселем регулируемого расхода воздуха; 4 - шланг; 5 - дыхательная маска со смотровым окном 6, полостью 7 для лицевой части головы (не показана) и клапаном 8 выдоха, открывающимся при давлении в полости маски, превышающем давление в окружающей среде на малую величину ΔР; 9 - сильфон со свободно изменяемым объемом не менее дыхательного объема V_д легких; элементы 1, 2, 3, 4, 5 соединены последовательно, а 5, 9 - конструктивно объединены.We consider the essence of the invention on the example of YES according to the attached drawing, where it is indicated: 1 - cylinder with compressed air; 2 - shutoff valve; 3 - pressure reducer with pneumatic throttle adjustable air flow; 4 - a hose; 5 - a breathing mask with a viewing window 6, a cavity 7 for the front of the head (not shown) and an exhalation valve 8 that opens when the pressure in the cavity of the mask exceeds the pressure in the environment by a small amount ΔР; 9 - a bellows with a freely variable volume of at least tidal volume V _d lungs; Elements 1, 2, 3, 4, 5 are connected in series, and 5, 9 are structurally combined.

Обеспечение жизнедеятельности в непригодной для дыхания газовой среде осуществляется следующим образом.Life support in unsuitable for breathing gas is as follows.

Открывается вентиль 2. Воздух из баллона 1 поступает в редуктор 3, а из него через шланг 4 с достаточно большим расходом передается в маску 5. После наложения маски 5 на лицо осуществляется первый вдох чистого воздуха “подпитки” из баллона 1. Давление в полости 7 маски и сильфона 9 при этом сначала несколько понижается, а затем, под конец цикла вдоха повышается на ΔР, что приводит к увеличению объема сильфона до максимально возможного и выходу избыточной части воздуха “подпитки” в атмосферу через клапан 8. Первый выдох не приводит к изменению давления в полости маски и сильфона. Избыточная часть смеси выдыхаемого газа с воздухом “подпитки” выходит через клапан 8. При первоначально устанавливаемом достаточно большом расходе воздуха “подпитки” аналогичное происходит и в последующих циклах “вдох - выдох”; подвижный торец сильфона 9 остается практически неподвижным; режим дыхания по сути оказывается близким к режиму дыхания в устройстве по прототипу. Однако после снижения редуктором 3 расхода воздуха “подпитки” до величины, существенно меньшей той, которая необходима для дыхания нетренированному (неадаптированному к эндогенному дыханию) человеку, но достаточной для поддержания жизнедеятельности эндогенно-дышащего человека, подвижный торец сильфона 9 приводится в возвратно-поступательное движение. Действительно, теперь при вдохе в легкие поступает главным образом уже выдыхаемый газ, доля вдыхаемого воздуха “подпитки” становится относительно малой и давление в подмасочном пространстве и сильфоне стремится уменьшиться. Под действием возникающего малого перепада давления между внутренней и внешней сторонами подвижного торца сильфона этот торец начинает перемещаться так, что объем сильфона уменьшается практически на величину V_д. В фазе выдоха, наоборот, давление в подмасочном пространстве и сильфоне увеличивается, подвижный торец сильфона сдвигается в обратном направлении и объем сильфона практически на величину V_д увеличивается; избыточное количество смеси выдыхаемого газа и воздуха “подпитки” из подмасочного пространства выходит через клапан 8. Аналогичное происходит и в последующих циклах “вдох - выдох”.Valve 2 opens. Air from cylinder 1 enters reducer 3, and from it through hose 4 it is transferred to mask 5 with a rather high flow rate. After mask 5 is applied to the face, the first breath of clean “recharge” air is taken from cylinder 1. Pressure in cavity 7 the mask and bellows 9 at the same time first decreases somewhat, and then, at the end of the inspiration cycle, increases by ΔР, which leads to an increase in the volume of the bellows to the maximum possible and the release of the excess part of the “recharge” air into the atmosphere through valve 8. The first exhalation does not change Yes phenomena in the cavity of the mask and bellows. The excess part of the mixture of exhaled gas with “make-up” air leaves through valve 8. With a sufficiently large “charge” air flow that is initially set, the same happens in subsequent “inhale-exhale” cycles; the movable end of the bellows 9 remains almost stationary; the breathing mode essentially turns out to be close to the breathing mode in the prototype device. However, after the reducer 3 reduces the “feed” air consumption to a value substantially less than that necessary for breathing to an untrained (non-adapted to endogenous breathing) person, but sufficient to maintain the vital activity of the endogenously breathing person, the movable end face of the bellows 9 is brought into reciprocating motion . Indeed, now, when inhaling, mainly already exhaled gas enters the lungs, the proportion of inhaled “recharge” air becomes relatively small and the pressure in the under-mask space and the bellows tends to decrease. Under the action of a small pressure drop between the inner and outer sides of the moving end of the bellows, this end starts to move so that the volume of the bellows is reduced by almost the value of V _D. In the exhalation phase, on the contrary, the pressure in the submask space and the bellows increases, the movable end of the bellows moves in the opposite direction, and the volume of the bellows increases by almost the value of V _d ; an excess amount of the mixture of exhaled gas and “recharge” air leaves the under-mask space through valve 8. A similar occurs in subsequent inspiratory-expiratory cycles.

Обеспечение жизнедеятельности при работе под водой осуществляется следующим образом.Life support when working under water is as follows.

Вначале для адаптации к новым условиям дыхания повторяются все действия, необходимые для обеспечения жизнедеятельности при работе в непригодной для дыхания газовой среде. Затем, перед погружением в воду, редуктором 3 устанавливается повышенный расход воздуха из баллона 1; режим дыхания вновь оказывается близким к режиму дыхания в устройстве по прототипу. Под водой, по мере роста ее давления с погружением в глубину, в связи с поджатием извне клапана 8 происходит наращивание давления под маской и в организме человека в целом. После достижения заданной глубины с соблюдением известных аквалангистам правил и выравнивания давлений в воде и в организме (с разницей в ΔР) расход воздуха “подпитки” при помощи редуктора 3 постепенно уменьшается и, наконец, устанавливается приблизительно равным тому же значению, как при работе в непригодной для дыхания газовой среде. При этом все, что сказано, было относительно работы ДА в газовой среде, остается справедливым применительно к работе ДА и в воде. Подъем с глубины на поверхность тоже осуществляется с соблюдением известных аквалангистам правил. Расход воздуха “подпитки” при этом может оставаться на прежнем (низком) уровне, а может быть и несколько увеличен, в зависимости от самочувствия в период декомпрессии.Initially, to adapt to new breathing conditions, all the actions necessary to ensure vital functions when working in a breathless gas environment are repeated. Then, before immersion in water, the gearbox 3 sets the increased air flow from the cylinder 1; the breathing mode again turns out to be close to the breathing mode in the prototype device. Under water, as its pressure increases with immersion in depth, due to pressure from the outside of valve 8, pressure builds up under the mask and in the human body as a whole. After reaching the set depth in compliance with the rules known to divers and equalizing the pressures in the water and in the body (with a difference in ΔР), the “feed” air flow using gear 3 gradually decreases and, finally, it is approximately equal to the same value as when working in unsuitable for breathing a gas environment. Moreover, all that was said about the operation of DA in a gaseous medium remains valid in relation to the operation of DA and in water. Climbing from depth to surface is also carried out in compliance with the rules known to divers. At the same time, the “recharge” air consumption can remain at the same (low) level, or it can be slightly increased, depending on the state of health during the decompression period.

Claims

1. A breathing apparatus comprising a can of compressed air, a shut-off valve, a pressure reducer, a breathing mask with an exhalation valve and a hose, characterized in that it further comprises an elastic sheath with the possibility of volume changes in the “inhale-exhale” cycles, and the pressure reducer is made with the ability to control the air flow in accordance with the needs of the endogenously breathing person.

2. The breathing apparatus according to claim 1, characterized in that the mask and the elastic shell, made in the form of a bellows, are structurally combined, and the air current regulator is made in the form of a pneumatic throttle.